JPH059509A - 高合金工具鋼焼結体及びその製造方法 - Google Patents

高合金工具鋼焼結体及びその製造方法

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JPH059509A
JPH059509A JP3187052A JP18705291A JPH059509A JP H059509 A JPH059509 A JP H059509A JP 3187052 A JP3187052 A JP 3187052A JP 18705291 A JP18705291 A JP 18705291A JP H059509 A JPH059509 A JP H059509A
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JP
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tool steel
alloy tool
powder
sintered body
mixed
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JP3187052A
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English (en)
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Koji Hayashi
宏爾 林
Michio Karaki
道雄 唐木
Umimori Yamazumi
海守 山住
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Nachi Fujikoshi Corp
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Nachi Fujikoshi Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 結晶粒の粗大化や炭化物の溶融,凝集に伴う
巨大炭化物の形成等の材料的な組織欠陥がなく、かつ焼
結後に空孔等の材料欠陥のない高合金工具鋼焼結体を得
る。 【構成】 粒径が101 〜103 μm未満の高合金工具
鋼の粗粒粉80〜20重量%に、粒径が101 未満で1
-2μmまでの高合金工具鋼の微粉粒を20%〜80%
含むことにより、相対密度100%の緻密特性を得る。
さらに、上記の粉末を圧粉成形し、これを真空雰囲気で
1503〜1573Kの温度で約120分間固相焼結処
理する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、材料内部の微少欠陥
等が問題となる切削工具用の高合金工具鋼焼結体及びそ
の製造法に関する。
【0002】
【従来の技術】粉末冶金法により高合金工具鋼焼結体を
製造するには、CIP装置を用いて圧粉体を成形しその
後焼結したり、あるいはHIP装置を用いて直接焼結体
を製造し、更にこの焼結体に鍛造、圧延等の塑性加工を
加え、目的に応じて丸材、角材、板材及び線材、或いは
所望の工具形状等に加工製造されている。かかる高合金
工具鋼粉末焼結体に塑性加工を必要とするのは、通常焼
結体には空隙、空孔等の欠陥があり、完全に緻密な焼結
体を得ることは困難であるからであり、かかる焼結体に
塑性加工を施してこれらを押しつぶし、空隙等の欠陥を
改善して完全緻密化を計ることが必要である。
【0003】例えば、粉末冶金法を用いる原料粉末には
一般的に粉粒径が101 〜103 μm未満の粗粒粉或いは超
微粉、ナノ微粉といわれる粉粒径が101 未満で〜10-2μ
mの粉末がそれぞれ単独で使われている。粗粒粉は圧粉
体の成形時に空隙ができやすく、焼結時にこれらの空隙
を除去して完全緻密化することは極めて困難である。ま
た超微粉単独で圧粉体を成形する場合は、圧粉体の相対
密度が高くなり過ぎるため、孤立空隙ができやすく、焼
結後微細な空孔として残留する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本来、粉末冶金法の最
も特徴とするところは、高い形状の自由度を有している
ところにある。このため、高合金工具鋼の粉末を例えば
丸材、角材、板材は勿論のこと、ドリル、エンドミル等
の所望の工具形状の圧粉体に成形することも極めて容易
である。その反面、焼結によって空孔等の材料欠陥が内
部に残留することは不可避である。しかし、これらの欠
陥を皆無にして完全に緻密化することは極めて困難であ
り、切削工具では材料内部の欠陥に基づくチッピング、
欠損等が使用上問題となり、十分な工具性能は期待でき
ない。従って工具製品形状の焼結体で実用化するには至
っているものは殆どないのが現状である。
【0005】一方、圧粉体を成形後、焼結温度を高くす
ることによって空孔等の欠陥は減少する傾向を示し、液
相焼結においては気孔の残留が殆ど認められず、相対密
度が100%に近い焼結体を得ることが可能であるが、
結晶粒の粗大化や炭化物の溶融、凝集に伴う巨大炭化物
の形成等の材料的な組織欠陥を生じて材料の強靱性及び
工具性能を著しく劣化させることになる。また、高合金
工具鋼は、前記従来技術のように塑性加工を施して空隙
等の欠陥を改善するものであるから、材料の歩留りが悪
く、また多大の加工工数を必要とするのであり、きわめ
て高価となるという問題もあった。
【0006】
【課題を解決するための手段】この発明は、粒径が101
〜103 μm未満の高合金工具鋼の粗粒粉80〜20重量
%に、粒径が101 未満で10-2μmまでの高合金工具鋼の
微粒粉を20〜80%含み、相対密度100%の緻密特
性を有する高合金工具鋼焼結体、及び粒径が101 〜103
μm未満の高合金工具鋼の粗粒粉80〜20重量%に、
粒径が101 μm未満で10-2μmまでの高合金工具鋼の微
粒粉を20〜80%配合し、次いでこれを圧粉成形し、
さらに真空雰囲気中で1503〜1573Kの温度で約
120分間固相焼結処理し、相対密度100%の緻密特
性を得ることを特徴とする高合金工具鋼焼結体の製造方
法に係わり、粉末冶金法の特徴である形状の自由度を維
持すると共に、材料の緻密化を実現したものである。
【0007】本発明において、粗粒径を101 〜103 μm
未満としたのは、103 μm以上では組織、炭化物及び結
晶粒が粗大となり、材料の強度劣化の原因となるからで
あり、また微粒径を101 未満で10-2μmまでとしたの
は、10-2μmは技術的に製造可能な限界値であるからで
ある。
【0008】
【実施例】次に、本発明に係る実施例を説明する。図1
は表1にH1乃至H6として示す各種の合金粉末の比較
的粗い粒粉の高合金工具鋼成分を混合した各種の高合金
工具鋼粉末であり、図1の上段は相対密度54質量%、
図1の下段は84質量%の圧粉体のそれぞれの焼結温度
と焼結体の相対密度の関係を示したものである。いずれ
も、真空炉で9×10-1〜10-5の真空度で120分間
固相焼結したものである。
【0009】焼結体の相対密度は、成分組成及び圧粉体
の密度によって異なるが、圧粉体の密度54%では、H
1=1473K,H2=1547K,H3=1523
K,H4=1550K,H5=1503K,H6=15
33Kの焼結温度で相対密度100%の焼結体が得られ
るのに対し、圧粉体の密度84%では、H1=1473
K,H2=1523K,H3=1503K,H4=15
47K,H5=1503K,H6=1473Kで、相対
密度100%の焼結体が得られ、H1,H5成分のもの
を除き、圧粉体の密度の高い方が低い焼結温度で相対密
度の高い焼結体が得られることが示される。また、焼結
温度が高くなると相対密度が高くなる傾向も同時に示す
もので、このことは成分組成の液相温度の高低も関連し
ているものと考えられる。この場合、比較のために水素
雰囲気による固相焼結を行ったところ、相対密度が95
〜97%で飽和または最大となり、少量の孤立空隙が残
留することが確認された。
【0010】
【表1】
【0011】相対密度100%に至る焼結温度は成分配
合によって異なるが、表1のH2の合金粉末を焼結する
場合では1523〜1550K、H4では1550Kで
ある。特にH4の合金粉末では液相に近い高温焼結で相
対密度100%が得られた。本発明により得られた焼結
体の相対密度の一例を図2及び図3に示す。図2は表1
の合金成分中のH2について粉粒径101 未満〜10-2
μmのFe微粒粉(カーボニル鉄粉)を用い、その他の
成分は各単独元素の粗粒粉を混合したときのFe微粒粉
の混合量と相対密度の関係を示したものである。この場
合、1503K×7.2Ksの固相焼結においてFe微
粉40%質量%で相対密度100%が得られた。
【0012】図3は表1中の本発明に係わるH4の高合
金工具鋼について、高合金工具鋼と同一成分の合金粗粒
粉に高合金工具鋼を成分組成とする単独元素の7種の微
粒粉を混合したときの相対密度の関係を示したものであ
る。圧粉体の相対密度が84%のものは、微粉末の混合
量が20質量%、54%のものは40質量%、焼結温度
が1523K×7.2Ksの固相焼結において、相対密
度が100%の焼結体が得られた。
【0013】図4に示す顕微鏡組織写真は表1のH4成
分組成の圧粉体密度84%の高合金工具鋼を工具製品形
状に成形した場合、真空焼結1523K,焼結時間7.
2Ksの焼結条件にて焼結したときの微粒粉の配合割合
と空隙、空孔の発生、残留状況を示すものである。即
ち、上段は各微粒粉の配合率に対応する焼結体のラップ
加工面の状況、下段は腐食面を示す顕微鏡組織写真であ
る。これによれば、微粒粉0%、10%ものは空隙、空
孔等(黒い部分)の残留が認められ、相対密度が100
%に達していないが、微粒粉が20%、40%では相対
密度100%が得られることが分かる。
【0014】
【発明の効果】本発明は、上述のように粒径が101 〜10
3 μm未満の高合金工具鋼の粗粒粉80〜20重量%
に、粒径が101 未満で10-2μmまでの高合金工具鋼の微
粒粉を20〜80%配合し、次いでこれを圧粉成形し、
さらに真空雰囲気中で1523〜1550Ksの温度で
約120分間固相焼結処理し、相対密度100%の緻密
特性を得たので、粉末冶金法の特徴である形状の自由度
を利用して、直接に工具製品形状の工具を固相焼結する
ことができる。しかも、焼結された高合金工具鋼は緻密
化されたので、鍛造、圧延、機械加工を必要とせず、大
幅なコスト低減が可能となった。さらに、結晶粒の粗大
化や炭化物の溶融、凝集に伴う巨大炭化物の形成等の材
料的な組織欠陥や、材料の強靱性及び工具性能を劣化さ
せることもない。
【図面の簡単な説明】
【図1】表1に示す本発明に係わる各種の高合金工具鋼
粉末について上段で相対密度54質量%の、下段で84
質量%の各圧粉体のそれぞれの焼結温度と焼結体の相対
密度の関係図である。
【図2】本発明により得られた焼結体の相対密度の一例
であって、表1の合金成分H2について粉粒径101
10-2μm未満のFe微粉を用いた場合のFe微粉の混
合量と相対密度の関係図である。
【図3】本発明に係わるH4の合金粉末の高合金工具鋼
について、粗粒粉と同一成分の高合金工具鋼微粉を混合
したときの相対密度の関係図である。
【図4】表1のH4の高合金工具鋼の微粒粉の種々の混
合率におけるラップ加工面と腐食面の顕微鏡組織写真で
ある。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成3年7月5日
【手続補正1】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図3
【補正方法】変更
【補正内容】
【図3】
フロントページの続き (72)発明者 山住 海守 富山県富山市石金20番地 株式会社不二越 内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 粒径が101 〜103 μm未満の高合金工具
    鋼の粗粒粉80〜20重量%に、粒径が101 μm未満で
    10-2μmまでの高合金工具鋼の微粒粉を20〜80%含
    み、相対密度100%の緻密特性を有する高合金工具鋼
    焼結体。
  2. 【請求項2】 粒径が101 〜103 μm未満の高合金工具
    鋼の粗粒粉80〜20重量%に、粒径が101 μm未満で
    10-2μmまでの高合金工具鋼の微粒粉を20〜80%配
    合し、次いでこれを圧粉成形し、さらに真空雰囲気中で
    1503〜1573Kの温度で約120分間固相焼結処
    理し、相対密度100%の緻密特性を得ることを特徴と
    する高合金工具鋼焼結体の製造方法。
  3. 【請求項3】 高合金工具鋼の合金粉末の粗粒粉に配合
    する微粉を粗粒粉と同一成分の合金粉末、又は組成中の
    単独元素の一種若しくは数種の微粉を混合した請求項2
    記載の高合金工具鋼焼結体の製造方法。
  4. 【請求項4】 高合金工具鋼の成分中の単独元素の粗粒
    粉を配合した混合粗粒粉に該混合粗粒粉と同一組成の合
    金粉末の微粉又は組成中の単独元素の一種若しくは二種
    以上の微粉を配合した混合微粉を混合した請求項2記載
    の高合金工具鋼焼結体の製造方法。
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Effective date: 20010227